Les cinq composants de l'instrument clé sont fabriqués par fusion par faisceau d'électrons, qui peut transmettre des poutres creuses et des parois minces.Mais l’impression 3D n’est que la première étape.
L'instrument utilisé dans le rendu de l'artiste est PIXL, un appareil pétrochimique à rayons X capable d'analyser des échantillons de roche sur Mars.Source de cette image et ci-dessus : NASA / JPL-Caltech
Le 18 février, lorsque le rover « Perseverance » atterrira sur Mars, il embarquera près d'une dizaine de pièces métalliques imprimées en 3D.Cinq de ces pièces se retrouveront dans des équipements essentiels à la mission du rover : l'instrument planétaire pétrochimique à rayons X ou PIXL.PIXL, installé à l'extrémité du porte-à-faux du rover, analysera des échantillons de roches et de sol à la surface de la planète rouge pour aider à évaluer le potentiel de vie qui y existe.
Les pièces imprimées en 3D de PIXL comprennent sa couverture avant et sa couverture arrière, son cadre de montage, sa table à rayons X et son support de table.À première vue, ils ressemblent à des pièces relativement simples, certaines pièces de boîtier et supports à parois minces, elles peuvent être constituées de tôle formée.Cependant, il s’avère que les exigences strictes de cet instrument (et du mobile en général) correspondent au nombre d’étapes de post-traitement dans la fabrication additive (FA).
Lorsque les ingénieurs du Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA ont conçu PIXL, ils n'avaient pas pour objectif de fabriquer des pièces adaptées à l'impression 3D.Au lieu de cela, ils adhèrent à un « budget » strict tout en se concentrant entièrement sur les fonctionnalités et en développant des outils capables d’accomplir cette tâche.Le poids attribué au PIXL n’est que de 16 livres ;le dépassement de ce budget fera « sauter » l'appareil ou d'autres expériences du rover.
Bien que les pièces paraissent simples, cette limitation de poids doit être prise en compte lors de la conception.L'établi à rayons X, le cadre de support et le cadre de montage adoptent tous une structure à poutre caisson creuse pour éviter de supporter tout poids ou matériaux supplémentaires, et la paroi du couvercle de la coque est mince et le contour entoure plus étroitement l'instrument.
Les cinq pièces imprimées en 3D de PIXL ressemblent à de simples composants de support et de boîtier, mais les budgets de lots stricts exigent que ces pièces aient des parois très fines et des structures de poutres caissons creuses, ce qui élimine le processus de fabrication conventionnel utilisé pour les fabriquer.Source de l'image : Additifs de charpentier
Afin de fabriquer des composants de boîtier légers et durables, la NASA s'est tournée vers Carpenter Additive, un fournisseur de services de production de poudre métallique et d'impression 3D.Puisqu'il y a peu de place pour changer ou modifier la conception de ces pièces légères, Carpenter Additive a choisi la fusion par faisceau d'électrons (EBM) comme meilleure méthode de fabrication.Ce processus d'impression 3D métallique peut produire des poutres caissons creuses, des parois minces et d'autres caractéristiques requises par la conception de la NASA.Cependant, l’impression 3D ne constitue que la première étape du processus de production.
La fusion par faisceau d'électrons est un processus de fusion de poudres qui utilise un faisceau d'électrons comme source d'énergie pour fusionner sélectivement des poudres métalliques.L'ensemble de la machine est préchauffé, le processus d'impression est effectué à ces températures élevées, les pièces sont essentiellement traitées thermiquement lors de l'impression des pièces et la poudre environnante est semi-frittée.
Par rapport aux processus similaires de frittage laser direct des métaux (DMLS), l'EBM peut produire des finitions de surface plus rugueuses et des caractéristiques plus épaisses, mais ses avantages sont également qu'il réduit le besoin de structures de support et évite le recours à des processus laser.Des contraintes thermiques qui peuvent être problématiques.Les pièces PIXL sont issues du processus EBM, sont légèrement plus grandes, ont des surfaces rugueuses et emprisonnent des gâteaux pulvérulents dans la géométrie creuse.
La fusion par faisceau d'électrons (EBM) peut fournir des formes complexes de pièces PIXL, mais pour les compléter, une série d'étapes de post-traitement doivent être effectuées.Source de l'image : Additifs de charpentier
Comme mentionné ci-dessus, afin d'obtenir la taille, la finition de surface et le poids finaux des composants PIXL, une série d'étapes de post-traitement doivent être effectuées.Des méthodes mécaniques et chimiques sont utilisées pour éliminer la poudre résiduelle et lisser la surface.L'inspection entre chaque étape du processus garantit la qualité de l'ensemble du processus.La composition finale ne dépasse que de 22 grammes le budget total, qui reste dans la fourchette autorisée.
Pour des informations plus détaillées sur la façon dont ces pièces sont fabriquées (y compris les facteurs d'échelle impliqués dans l'impression 3D, la conception de structures de support temporaires et permanentes et des détails sur l'élimination de la poudre), veuillez vous référer à cette étude de cas et regarder le dernier épisode de The Cool. Parts Show Pour comprendre pourquoi, pour l’impression 3D, il s’agit d’une histoire de production inhabituelle.
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Heure de publication : 27 février 2021